Om ljuset i tillvaron

Ett undervisningsexperiment inom optik

IN EDUCATIONAL SCIENCES 162

Frank Bach

Om ljuset i tillvaron

Ett undervisningsexperiment inom optik

ISBN 91-7346-406-6 ISSN 0436-1121

Distribution: ACTA UNIVERSITATIS GOTHOBURGENSIS Box 222

SE-405 30 Göteborg, Sweden

Title: A matter of light

A teaching experiment in optics Language: Swedish, with a summary in English.

Keywords: Teaching, learning, science education, subject matter, light, op- tics.

ISBN: 91-7346-406-6

The main purposes of this thesis were to study the students’ learning outcome and the teachers’ response to a proposed new way of teaching based on re- search in science education, in the field of optics. The theoretical frameworks for this work draw on Piaget and his genetic epistemology. According to this knowledge cannot be regarded as an object possible to acquire or to possess in a static sense. Neither can knowledge be transferred from books to a person or from one person to another. Instead knowledge is seen as something con- structed by the subject in an indissociable subject-object relation and when studying learning it is therefore impossible to think about knowledge as something solely outside or inside a person. This theoretical platform together with the extensive research on pupils’ ideas in the field of optics published served as the starting point for the proposal of a new way of teaching optics.

Eleven teachers were interviewed about their prior experience of teaching optics and five of them were actually trying the newly developed teaching se- quence. These five teachers were also interviewed later on about their experiences of trying the teaching sequence. The pupils taught by these teach- ers performed a pre-test before the teaching sequence started and an unknown post-test at least six months after the end of the teaching period.

The pupils’ answers to the test items were categorised and the categorisa-

tion from the pre-test was compared with the post-test. The categorisations

were also compared with other investigations, e.g. national assessments (UG-

95), when possible. Most pupils answered the delayed post-test in a qualita-

tively better way than compared to their pre-test results. They also answered

the questions significantly better than the "control-groups" of e.g. UG-95 (af-

ter “ordinary” teaching). This is a strong indication that the use of this

teaching sequence stimulated the conceptual development of these pupils in a

Del 1: Utgångspunkter

1 INLEDNING ... 1

1.1 V ÄGEN FRAM TILL FORSKNINGSINTRESSET ... 1

1.2 Ä MNESDIDAKTIK ? ... 2

2 TEORETISK RAM FÖR DENNA STUDIE ... 5

2.1 E MPIRISM – POSITIVISM ... 8

2.2 K ONSTRUKTIVISM ... 9

2.3 J ÄMFÖRELSE MELLAN KONSTRUKTIVISM OCH EMPIRISM ... 10

2.4 U NDERVISNINGSSEKVENSER SOM FORSKNINGSOMRÅDE ... 24

3 IDÉHISTORISK UTVECKLING AV GEOMETRISK OPTIK .... 27

3.1 S ^EENDE – TRE MODELLER FRÅN ANTIKEN ... 27

3.2 B EGREPPET STRÅLE SKAPAS ... 28

3.3 P UNKTFORMIG AVBILDNING ... 29

3.4 E UROPEISK MEDELTID OCH BÖRJAN PÅ NYA TIDEN ... 29

3.5 K EPLER – DEN MODERNA OPTIKENS GRUNDARE ... 30

3.6 V AD ÄR FÄRG ?... 31

3.7 D EN GEOMETRISKA OPTIKENS MODELL AV LJUSET ... 31

3.8 A LTERNATIV FRAMSTÄLLNING AV DEN GEOMETRISKA OPTIKENS UPPBYGGNAD ... 32

4 ELEVUPPFATTNINGAR INOM OPTIK SAMT UNDERVISNINGSFÖRSÖK ... 35

4.1 L JUSETS EXISTENS OCH EGENSKAPER ... 35

4.2 L JUSETS UTBREDNING ... 36

4.3 K ONSERVATION AV LJUS ... 38

4.4 O LIKA KATEGORIER AV LJUS ?... 38

4.5 L JUS OCH SEENDE ... 38

4.6 L JUS OCH SKUGGOR ... 43

4.7 L JUSETS REFLEKTION ... 44

4.8 L INSER OCH SPEGLAR ; AVBILDNING OCH VIRTUELL BILD ... 44

4.9 F ÄRGER OCH FILTRERING AV LJUS ... 51

4.10 F ^LICKOR , POJKAR OCH NATURVETENSKAP ... 52

4.11 B ESTÅENDE ELLER ÖVERGÅENDE FÖRESTÄLLNINGAR ? ... 53

7 ÖVERGRIPANDE SYFTEN OCH UTFORMNING... 85

7.1 S TUDIENS UPPLÄGGNING ... 85

7.2 P ILOTTEST ... 85

7.3 U RVAL AV FÖRSÖKSPERSONER ... 86

Del 3: De skriftliga testen 8 FRÅGOR... 87

9 METOD... 87

9.1 J ÄMFÖRELSE MED UG-95... 88

9.2 M ETOD FÖR ANALYS AV DATA ... 91

9.3 P ROBLEM MED DESIGNEN ... 92

9.4 V ^ALIDITET ... 96

9.5 R ELIABILITET ... 98

9.6 G ENERALISERBARHET ... 98

10 RESULTATEN FRÅN DE SKRIFTLIGA TESTEN I KOMPRIMERAD FORM ... 100

10.1 J ÄMFÖRELSER UPPGIFT FÖR UPPGIFT OCH MED ANDRA STUDIER .... 103

11 RESULTATET I UTVECKLAD FORM ... 106

11.1 L JUSETS EXISTENS OCH UTBREDNING ... 106

11.2 S ^EENDET ... 132

11.3 L JUSETS REFLEKTION ... 145

11.4 L JUSETS BRYTNING ... 154

11.5 A ^VBILDNING ... 160

11.6 F ^ÄRGER ... 163

Del 4: Lärarintervjuer 12 FRÅGOR... 169

13 METOD... 169

13.1 I NTERVJU OM LÄRARNAS VANLIGA UNDERVISNING OM OPTIK ... 170

13.2 I NTERVJU EFTER ATT LÄRARNA PROVAT UNDERVISNINGSSEKVENSEN ... 171

13.3 M ETOD FÖR ANALYS AV INTERVJUERNA ... 171

13.4 B ESKRIVNING AV KATEGORISYSTEM ... 173

13.5 P ROBLEM MED METODEN ... 176

14.1 P RÖVNING AV FÖRSLAGET TILL FÖRÄNDRAD UNDERVISNING ... 178

14.1.1 Fall 1: Lärare 6, Abel. Intervju före experimentundervisning...178

14.1.2 Fall 2: Lärare 8-10, Bertil. Intervju före experimentundervisning...187

14.1.3 Fall 3. Lärare 2, Anna. Intervju före experimentundervisning...196

14.1.4 Fall 4. Lärare 4, Boel. Intervju före experimentundervisning...206

14.1.5 Fall 5. Lärare 11-13, Cecilia. Intervju före experimentundervisning...215

Del 5: Lektionsbesök 15 LEKTIONSBESÖK... 223

15.1 F ÖRUTSÄTTNINGAR ... 223

15.2 U TDRAG FRÅN SAMTALET ... 223

Del 6: Diskussion 16 DE SKRIFTLIGA TESTEN... 227

16.1 I NLEDANDE DISKUSSION ... 227

16.2 L JUSETS EXISTENS OCH UTBREDNING ... 227

16.3 S ^EENDET ... 228

16.4 L JUSETS REFLEKTION ... 232

16.5 L JUSETS BRYTNING ... 233

16.6 F ÄRGER OCH FILTRERING AV LJUS ... 234

16.7 A VBILDNING ... 234

16.8 Å TERKOPPLING OCH VÄRDERING ... 235

17 INTERVJUERNA... 236

18 DEN FILMADE LEKTIONEN ... 244

18.1 T EORI OCH VERKLIGHET ... 244

19 SVAR PÅ FRÅGORNA ... 247

19.1 A NGÅENDE ELEVERNA OCH DET SKRIFTLIGA TESTET ... 247

19.2 A NGÅENDE LÄRARNA ... 250

19.3 A NGÅENDE LEKTIONEN ... 254

I slutet av ett arbete som detta blickar man gärna tillbaka och funderar på hur det började. I mitt fall är det svårt att hitta någon egentligt tid- punkt där jag bestämde mig för att försöka skriva en avhandling. Det ena har lett till det andra och det är först sedan sommaren 1998 då jag fick en doktorandtjänst som jag riktigt har förstått att jag har arbetat med en doktorsavhandling.

På grund av denna min omedvetenhet är det många personer som på olika sätt bidragit med att det småningom ändå blev en avhandling.

Det är många som är värda ett tack. Alla kan inte nämnas, men några måste lyftas fram.

Först av alla vill jag tacka mina föräldrar som trots (eller på grund av) sin bakgrund med 6- respektive 7-årig folkskola som enda utbildning alltid stöttat mig när jag velat studera. Som lärare har jag upplevt det motsatta för en del elever jag haft. Det hade inte varit lätt att välja att studera om ni föräldrar inte hade givit mig ert stöd. Det förstår jag nu.

Tack!

Som en vilsen ung man i gymnasieskolan fick jag en del förebilder i form av mina naturvetenskapliga lärare. De var djupt engagerade i sina kunskapsområden samtidigt som de visade prov på humor och kulturell bildning. Utan dem hade jag nog aldrig valt att bli lärare och alldeles säkert inte i matematik och fysik.

Det finns också en person från mina universitetsstudier i fysik som betytt väldigt mycket och det är Ture Eriksson. Hans värme och om- tanke om studenter kombinerat med stort kunnande både på bredden och på djupet gjorde att jag studerade mer förståelseinriktat än vad jag annars skulle ha gjort. Det har varit en god hjälp när jag senare behövt förstå och tolka frågor från elever.

En grupp av personer som betytt mycket är alla de elever som jag un-

dervisat. Hade inte ni varit så öppna, glada, positiva, kritiska och

frågvisa hade jag nog aldrig förstått hur olika vedermödorna kan se ut

när vi människor håller på att lära. Det var ni som fick mig att förstå

handledare har du alltid varit entusiastisk och kreativ samtidigt som du lämnat stor frihet och stort ansvar till mig. Tack Björn!

Som biträdande handledare har Christina Kärrqvist och Shirley Booth bidragit till mitt arbete på helt olika sätt. Christina, du har bidragit mycket med din förmåga att kunna se saker och ting på ett annorlun- da sätt. Din positiva livssyn har också satt sin prägel på kommentarer och förslag. Dig, Shirley vill jag tacka för att du, med din entusiasm för pedagogik och pedagogisk forskning, bidrog till att jag sökte dokto- randtjänsten i ämnesdidaktik (det visste du inte!?). Jag vill också tacka för de givande samtal vi har haft både efter att du läst mitt avhand- lingsmanus och i andra sammanhang.

Jag vill också rikta ett stort tack till mina doktorandkolleger, Jonas Emanuelsson, Anita Wallin och Ann Zetterqvist som alla bidragit med att noggrant ha läst mitt manus och kommit med värdefull kritik och ägnat mig tid i diskussioner om såväl mitt manus som konstruktivism, fenomenografi och annat. I arbetsrummet intill finns numera också Eva West, som deltog i pilotprojektet och som kom med värdefulla synpunkter i början av projektet.

Ni lärare som villigt låtit er intervjuas och som prövat de idéer som hela avhandlingen bygger på är också värda särskild uppmärksamhet.

Jag vill tacka er och eleverna som blivit inblandade genom den under- visning som ni planerat efter att ha tagit del av förslaget till förändrad undervisning.

I samband med slutseminariet påpekade Albert Christian Paulsen och Allan Svensson båda en del brister i mitt manus. Detta fick mig att tänka igenom delar av arbetet ordentligt en gång till och en del för- ändringar genomfördes på grund av detta. I slutskedet bidrog också Michael Christie med översättningshjälp och Bo Malmensten med kor- rekturläsning och språkgranskning.

Till sist vill jag tacka min familj, Kerstin, Hanna och Fredrik för att ni stöttat mig och haft förståelse för att jag inte alltid har funnits till hands när ni skulle ha velat ha mer av mig. Nu är det sommar och den skall vi njuta av tillsammans!

Fjällbacka, juli 2001

Frank Bach

Del 1: Utgångspunkter

1 Inledning

Forskning inom utbildningsvetenskap har en enorm spännvidd och det är därför inte givet på vilket sätt ett forskningsintresse växer fram och hur detta omsätts i konkret arbete. Syftet med detta inledande ka- pitel är därför att ge en bakgrund till hur mitt forskningsintresse vuxit fram och även redovisa några personliga ställningstaganden av bety- delse för val av forskningsfrågor och metoder.

1.1 Vägen fram till forskningsintresset

Ganska snart efter min lärarexamen upplevde jag att mina elever hade betydande svårigheter att förstå det naturvetenskapliga innehållet i undervisningen. Viljan att förbättra möjligheterna för eleverna att för- stå ledde mig till att, efter några år i yrket, återvända till universitetet där jag påbörjade en påbyggnadsutbildning inom pedagogik med di- daktisk inriktning. Genom den utbildningen kom jag i kontakt med ämnesdidaktik inom naturvetenskap och matematik, allmän didaktik och vetenskaplig metod inom det utbildningsvetenskapliga området.

Det var en spännande och stimulerande utbildning med både allmän- na och specifika inslag. Det som intresserade mig mest var de mer specifika ämnesdidaktiska inslagen om "forskning om elevuppfatt- ningar" och genom att ta del av denna forskning förstod jag snart att jag inte var ensam om att uppleva elevers svårigheter med naturveten- skapligt innehåll i undervisningen.

Småningom ledde detta till att jag ville arbeta aktivt med att förändra

min egen undervisning (inom ett avgränsat ämnesområde) och skriva

om detta arbete inom ramen för utbildningen (Andersson & Bach,

1995; Bach, 1993). Kortfattat kan man säga att genom att förändra min

egen undervisning till att i större utsträckning än vanligt försöka ta

hänsyn till, och bearbeta, vanliga föreställningar (som avviker från de

naturvetenskapliga) angående materia och då särskilt gaser kunde

eleverna i årskurs 7, drygt sex månader efter avslutad undervisning,

svara signifikant bättre på skriftliga frågor än vad de kunde före un-

dervisning. De kunde även svara betydligt bättre än vad elever ur ett

för eleverna att förstå sig på den elektriska kretsen. På samma sätt som i projektet med gasundervisning utvecklades konkreta undervis- ningsidéer som prövades och utvärderades (Andersson, Bach, &

Emanuelsson, 1992).

Efter ytterligare en tid blev jag, fortfarande parallellt med halvtidsar- bete som lärare, inblandad i "Utvärdering av Grundskolan 1995", UG- 95. Arbetet i vårt delprojekt innebar att skapa och använda ett utvär- deringsinstrument för att ta reda på vad elever, i slutet av år 9, kan om olika delområden inom naturvetenskap. Ett område som kom att ingå var geometrisk optik. Resultaten (Andersson, Bach, & Zetterqvist, 1997) stämde ganska väl med tidigare undersökningar gjorda både inom Sverige och utomlands och visade att många elever inte använde naturvetenskapliga modeller för att besvara frågorna.

Kunskaper om elevers sätt att svara på frågor om ljusets egenskaper och utbredning tillsammans med erfarenheterna från att förändra min egen undervisning och skriva om detta gjorde att det var naturligt att börja fundera över en studie gällande geometrisk optik, men med fler lärare och elever inblandade. Skulle det gå att få liknande resultat med andra lärare och annat innehåll som jag själv fick med min undervis- ning om gaser? Förhoppningen var att det skulle vara möjligt och att det, på sikt, skulle kunna utgöra ett litet bidrag till att öka elevernas intresse för att studera naturvetenskap.

1.2 Ämnesdidaktik?

I vardagliga sammanhang görs normalt ingen skillnad mellan god un- dervisning och en bra lärare. En bra lärare förvandlar, i denna referensram, det tråkiga och svåra till något roligt och lätt medan en dålig lärare kan göra det som barn och unga tycker är roligt och lätt till något svårt och tråkigt. I bedömningar av huruvida en lärare är bra eller inte finns det en tendens att betrakta den goda lärarens egenska- per som något som till största delen är kopplat till hennes personlighet men naturligtvis även i viss utsträckning till hennes erfarenhet av att undervisa. Det är också naturligt att tänka sig att det är nödvändigt att läraren själv är kunnig i det som barnen eller ungdomarna skall lära sig. De flesta människor har svårt att föreställa sig att en person utan, eller med bristfälliga kunskaper, i det område hon skall undervi- sa, kan vara en särskilt bra lärare inom området. Vidare är det vanligt att man anser att det finns många lärare som är mycket kompetenta inom sitt/sina ämne(n), men som inte alls kan "lära ut".

Lärarutbildning har i många år varit föremål för debatt. Det gäller inte

minst i skrivande stund då en ny lärarutbildning skall skapas efter di-

rektiv framlagda av Lärurutbildningskommittén (LUK 97)

(Utbildningsdepartementet., 1999). Resonemanget ovan om goda äm- neskunskaper kontra "förmågan att lära ut" är på sätt och vis samma spänningsfält som skapandet av den nya lärarutbildningen befinner sig i. Kanske kan man säga att det utvecklats två relativt tydliga grup- per, där den ena menar att goda ämneskunskaper är det absolut viktigaste för att en lärare skall kunna göra ett gott arbete och en an- nan som menar att en lärare måste ha stort kunnande inom mer allmänna områden för att kunna bli en bra lärare. Dessa två synsätt har förmodligen sina ursprung i två olika kulturer, akademikerkultu- ren och folkskollärarkulturen. Andersson (2000d) skriver om detta.

Under den svenska skolans utveckling har två olika undervisningskulturer va- rit märkbara. Den ena kan kallas 'folkskollärarkultur', den andra 'traditionell akademikerkultur'. Till den förras positiva drag hör ideologisk medvetenhet, i vilken ingår att sätta elevens utveckling och behov i främsta rummet. En holis- tisk syn på val av innehåll förekommer. Man försöker utgå från för eleven meningsfulla helheter och problem i omvärlden i stället för från ämnen. Men det finns också en viss skepsis mot ämnesundervisning och specialiserade äm- neskunskaper, vilket gör att holismen kan bli ytlig. Till den traditionella akademikerkulturens dygder hör uppskattning av djupa ämneskunskaper och en säker och kompetent ämnesundervisning. Men en obenägenhet att gå utan- för de egna ämnena innebär en risk för att eleverna upplever undervisningen som en palett av ämnesklickar med ringa inbördes sammanhang och föga kon- takt med den komplexa omvärlden (sidorna 3-4).

Mellan dessa två ytterligheter kan man placera ämnesdidaktiken. För drygt 20 år sedan skrev Marton (1980):

Om vi tänker efter hur vi uppfattar lärarens funktion kan vi inte komma ifrån

att vi nog anser att åtminstone en av hans eller hennes viktigaste uppgifter är

att medverka till att eleverna skall lära sig att göra saker som de inte har kunnat

göra tidigare och att de skall lära sig att tänka på sätt som de inte har kunnat ti-

digare. Nu är det så att nya sätt att fungera och nya sätt att tänka måste

nödvändigtvis bygga på och modifiera eller ersätta tidigare sätt att fungera och

tänka. Att känna till vilka dessa sätt att fungera och tänka är, eller kan vara,

måste rimligtvis vara en stor fördel i lärarens arbete. Insikter i elevernas funk-

tionssätt och tankevärld ifråga och om de aspekter av verkligheten som

undervisningen berör borde, enligt min mening, utgöra en väsentlig del i lärar-

kompetensen. Det är ett slags kompetens som många lärare utvecklar för egen

del på basis av den fond av erfarenheter som de hinner att skaffa sig under

åren, men att göra detta är betydligt svårare än man skulle tro. Lärare arbetar i

inom det kunskapsområde som i stor utsträckning skulle kunna utgöra lärar- kompetensens substans (sidorna 9-10).

Detta är lika relevant idag som för 20 år sedan. Sedan 1996 finns det, vid Göteborgs universitet en forskarutbildning inom ämnesdidaktik vars syfte bl.a. är att försöka göra det som Marton ovan efterlyser. Det har också getts ut en skrift (Andersson, 2000d) i avsikt att definiera kunskapsområdet Ämnesdidaktik. I denna sammanfattas Ämnesdi- daktik till att vara:

Kortfattat kan man säga att ämnesdidaktikens uppgift är att skapa, utveckla och vårda kunnande om undervisning angående olika innehåll och under olika be- tingelser.

Genom detta sätt att beskriva ämnesdidaktiken blir lärarens undervis-

ning, elevernas studier och innehållet centrala delar av

forskningsområdet. Detaljerad kunskap om ett ämnesområde och om

elevers sätt att resonera om företeelser inom detta ämnesområde kan

leda till att både innehåll och sätt att presentera innehållet förändras

jämfört med om man inte har tillgång till denna kunskap. Denna kun-

skap ger oss också möjlighet att urskilja det som skulle kunna

karaktäriseras som bra undervisning inom ett område från det som

brukar karaktäriseras som en bra lärare. Vi får möjlighet att betrakta

lärande och undervisning inom specifika områden på ett nytt sätt som

kan få tydliga konsekvenser för hur man i praktiken väljer att utforma

undervisningen inom varje enskilt område. Målsättningen med mitt

avhandlingsarbete är att ge ett bidrag i den riktningen.

2 Teoretisk ram för denna studie

Hur man ser på vad som kan utgöra bra undervisning hänger intimt samman med hur man tänker sig att kunskap uppstår, vad kunskap är och hur man kan veta någonting om världen. Ofta hänger dessa frågor också samman med föreställningar om hur världen är beskaffad. Un- dervisningen som prövas i denna avhandling bygger på specifika idéer om lärande och på forskning om elevers sätt att resonera inom optik. Det betyder att kunskapssyn och syn på lärande haft stor bety- delse då undervisningssekvensen skapats. En annan viktig sak är att resultaten av studien tolkas genom denna kunskapssyn och syn på lärande.

Det är viktigt att försöka skilja mellan teorier om hur kunskap är be- skaffad, teorier om lärande och teorier (kanske snarare idéer) om undervisning. Utsagor om vetande bör inte förväxlas med utsagor om lärande och undervisning. Samtidigt är det så att tänkande inom dessa olika områden påverkas av varandra och att isolering av områdena inte är meningsfullt.

Det är två dimensioner utefter vilka det är särskilt intressant att dis- kutera denna studies utgångspunkter angående kunskapssyn och lärande. En fråga är om kunskapen växer inifrån människan eller ut- ifrån genom erfarenheter av världen. En annan fråga är om lärandet skall ses som erövrande av kunskap eller om det skall ses som ”legi- timt perifert deltagande” eller ”lärlingskap i tänkande” (Sfard, 1998).

Den första frågeställningen har engagerat tänkare i flera tusen år och en historisk återblick kan vara på sin plats. Den andra frågeställningen behandlas senare (sidan 16).

Det är inte så lätt att sätta gränsen för hur långt tillbaka i historien man

skall gå för att hitta en lämplig startpunkt för återblicken men kanske

diskussionen mellan Menos och Socrates (ca 400 f. Kr.) kan vara lämp-

ligt. Menos ställde frågan hur det är möjligt att söka efter något som

man inte vet vad det är, alltså lära sig något om världen som man inte

redan kan. Enligt Platon svarade Socrates att det inte är möjligt att

alltså inifrån människan (eller själen) och är till och med medfödda.

Konsekvensen för undervisning blir att skapa metoder för att locka fram det som redan finns i varje människa genom frågor som hjälper individen att återuppväcka sina kunskaper. En annan konsekvens av resonemanget är också att det existerar ett slutgiltigt mål när det gäller vad man kan nå för kunskaper.

Något före Platon (427–347 f.kr.) verkade Demokritos (460–370 f.kr.) vars skrifter Platon ville bränna (Levander & Westman, 1996), för- modligen för att de hotade hans egen filosofi. I motsats till Platons idévärld förespråkade Demokritos en materialistisk syn där huvudin- grediensen var en idé om att Urämnet var osynliga, eviga och odelbara atomer. Allt skulle vara uppbyggt av dessa atomer. Människans upp- fattning av världen var beroende av det utanför människan och kunde förklaras genom det sätt världen var uppbyggd. En av Platons elever, Aristoteles (384–322 f.kr.) valde ungefär samma väg som Demokritos, att studera världen med sina sinnen och försöka förklara det han ob- serverade.

Två huvudinriktningar för hur man ser på hur människan vinner kun- skaper om världen kan redan vid den här tiden urskiljas. De som förespråkade erfarenheten som källan till kunskap om världen kom att kallas empiriker (eller empirister) och de som förespråkade själen eller förnuftet som källan till kunskap om världen fick beteckningen ratio- nalister.

Nästa historiska nedslag görs hos René Descartes (1596–1650). Han var en framstående matematiker som också gjorde stora insatser inom det kunskapsteoretiska området. Han funderade över vad han med säker- het kunde veta och denna tanke ledde honom till att tvivla på allt för att försöka utröna om det fanns något som han inte kunde tvivla på.

Insikten om att samma tankar kan förekomma i vaket tillstånd som i drömmar vilka kan vara oerhört verklighetsfrämmande fick honom att bestämma sig för att låtsas att allt som "fått insteg i hans förstånd är lika lite sant som hans drömmars bländverk". Detta ledde dock tanken vidare till att den som hyste sådana tvivel måste existera just genom att kunna tänka sådana tankar. Det var då de berömda orden "Jag tän- ker, alltså är jag till" myntades (Descartes, 1637/1990). Detta ledde i sin tur vidare till slutsatsen att allt man kan inse mycket klart och mycket tydligt måste vara sant. Han gick vidare med resonemanget för att be- visa Guds existens.

För oss är det intressanta att kunskaperna igen kommer inifrån och

precis som i Platons fall från själen men som i detta fall är inplanterad i

människan av ett högre väsen, Gud.

Engelsmannen John Locke (1632–1704) hade helt motsatt uppfattning jämfört med Descartes. Han menade att själen var som ett oskrivet blad och att materialet för tänkandet enbart kom från erfarenheten (Locke, 1660/1967). Han delade upp källorna till tänkandet i två kate- gorier. Den ena, som direkt kunde härledas till sinnesintryck kallade han för sensation och den andra, som refererar till tänkandet om sjä- lens verksamhet, kallade han för reflexion. I det senare fallet handlade det alltså om sådant som själen får genom att reflektera över sina egna aktiviteter. Sammanfattningsvis menade Locke att de yttre objekten förser själen med intryck och själen förser förståndet med idéer om sina egna aktiviteter.

Här har vi idéen om en självständig yttervärld igen, inte direkt ut- tryckt på samma sätt som hos Demokritos, men tanken att det finns en

"objektiv" yttre verklighet utanför människan som vi kan lära oss nå- got om förefaller vara gemensam. Locke redovisar dessutom en mekanism för hur detta kan gå till.

En irländsk biskop vid namn George Berkeley (1685–1753) förde ett re- sonemang, bland annat med hjälp av argument om drömmar och sinnesjukdomar, om det omöjliga i att det skulle kunna finnas några objektiva kroppar utanför medvetandet. Han menade också att det inte går att tänka sig något föremål som ingen är medveten om. Där- med ansåg han att tanken på yttre kroppar utanför medvetandet var motbevisad (Berkeley, återgiven 1996).

David Humes (1711–1776) argumenterade för att människan inte har rätt att fastställa orsakssamband bara genom att konstatera att en viss händelse brukar leda till att en annan inträffar. Han menade att slut- satser om orsak och verkan var ett utslag av vanans makt och att det enda man kunde konstatera var att en viss sak har hänt ett visst antal gånger och att vi inte vet om det kommer att hända igen (Hume, 1992).

Problemet som alltså diskuterats hittills handlar om huruvida världen

är precis som vi upplever den eller om den är sådan som den framstår

för vårt förnuft. David Humes resonemang inspirerade Immanuel

Kant (1724–1804) till att försöka reda ut vad i vår uppfattning om

verkligheten som kommer inifrån, från förnuftet och vad som är en

Kant ansåg alltså att både erfarenheten (eller förnimmelsen) och för- nuftet har stor betydelse för hur vi uppfattar världen. Han menade att det är sinnesintrycken som ger oss information om världen, men att dessa är "färgade" av vissa ordningsprinciper hos själva förnuftet, och att dessa ordningsprinciper präglar hela vår uppfattning. Kant mena- de att människans medvetande inte är ett passivt "oskrivet blad" som Locke föreslog, utan istället aktivt och skapande. Medvetandet sätter sin prägel på vår uppfattning av världen (Gaarder, 1993). Kanske är det första gången någon person på allvar försökte kombinera två, till synes, oförenliga sätt att se på ursprunget till kunskap om världen.

Kants resonemang kan ses som ursprunget till det som senare kom att utvecklas till konstruktivism.

Den empiriska inriktningen utvecklades inom det beteendevetenskap- liga området mot det som kallas behaviorism av personer som Ivan Pavlov (1849–1936), John B Watson (1878–1958) (Marton & Booth, 1997; Säljö, 2000b) och Herman Ebbinghaus (1850-1909) (Marton & Bo- oth, 1997; Nationalencyklopedin, 2000a). Inom framförallt naturvetenskap utvecklades en tradition som har fått beteckningar som positivism eller logisk empirism. Behaviorism inom psykologi och empirism inom naturvetenskap utgår från liknande syn på hur människan erhåller kunskap om världen (Sjøberg, 2000; Säljö, 2000b).

En empiristisk syn på lärande innebär att de fysiska erfarenheterna är grunden för vad en individ lär.

Denna syn på vetenskap och lärande präglade en hel del av den psy- kologiska forskningen om lärande som inledde 1900-talet. Den gav oss genom Ivan Pavlov (1849-1936) kunskap om först betingade reflexer (Hesslow, 2001) och sedan med B. F. Skinner (1904–1990) också kun- skaper om operant betingning (Säljö, 2000b) som innebär att man förstärker en respons med belöning eller bestraffning av ett visst bete- ende.

2.1 Empirism – positivism

Ordet positivism har sitt språkliga ursprung från positivisme, av lati- nets positi´vus som betyder "satt", "given", av po´no "sätta", "ställa" eller

"lägga" (Edman, 2000).

August Comte (1798-1857) var den person som började använda be-

greppet positivism (Edman, 2000; Sjøberg, 2000). Syftet var att försöka

bli av med de spekulativa och subjektiva beskrivningarna om hur

människan når kunskap om världen. Sann kunskap uppstår genom att

koncentrera sig på det "positivt" givna. I den positivistiska kunskaps-

teorin vilar kunskap om faktiska förhållanden på sinneserfarenhet och

kunskap som inte rör det konkreta sinneserfarenheter behandlar för-

hållandet mellan idéer. Sådan kunskap, menade man, kunde endast uppstå i formella vetenskaper som logik och matematik.

Om vi generaliserar innebär i korthet den positivistiska uppfattningen om lärandet att människan studerar omvärlden med objektiva sinnen och med sin erfarenhet drar hon småningom slutsatser eller gör gene- raliseringar som utgör en sann bild av den studerade verkligheten.

Detta leder till att vetenskap är objektiv och värdeneutral. Forskaren (eller skoleleven) har inga förutfattade meningar och arbetar med helt öppet sinne. Alla (relevanta) data nedtecknas och utifrån denna stora mängd med data dras slutsatser i form av lagmässigheter. Detta är då den vetenskapliga kunskapen, bevisad och sann. Denna kunskap kan sedan relativt lätt överföras mellan människor, eller från en bok till en människa.

Detta sätt att betrakta förvärvande av kunskap stämmer relativt bra med vår vardagliga uppfattning om hur det går till att lära sig saker, vilket uppmärksammades av vetenskapsfilosofen Karl Popper. Han kallade detta synsätt för "the common sence conception of knowledge"

(Andersson, 1989b).

Den ursprungliga empiristiska och positivistiska synen på hur männi- skor får kunskap om världen anses idag vetenskapsfilosofiskt vara övergiven (Prawitz, 2000), men våra undervisningstraditioner bär fort- farande på mycket som har sitt ursprung i empirismen.

2.2 Konstruktivism

Den samling perspektiv som benämns konstruktivism är minst sagt

brokig. I den ena extremen kan man finna den rationalistiska traditio-

nen som utvecklades mot det som kommit att kallas kognitivism

(Säljö, 2000b) och som till stor del förknippats med jämförelser mellan

det mänskliga intellektet och hur en dator fungerar med olika sorters

minnen och bearbetning av information. I den andra extremen finns

sociala konstruktivister varav en del hävdar att såväl det enskilda jaget

som de samhälleliga strukturerna är produkter av mellanmänsklig in-

teraktion. De allra mest extrema hävdar att all kunskap över huvud

taget är en social konstruktion och därmed saknar grund i objektiva

litet. Kanske är det också på det sättet att Piagets allmänna arbete in- riktat mot vad kunskap är och den bildas har, likt ”barnet med badvattnet”, åkt ut samtidigt som stadieteorin. För en del konstrukti- vister har emellertid denna del av Piagets arbete haft stor inverkan på hur man idag ser på lärande och kunnande. Det är på den traditionen som denna studie bygger.

1

Det är dock inte enbart inom pedagogik och närliggande områden som konstruktivismen utvecklats. Vetenskapsfilosofi inom det natur- vetenskapliga området har också haft stort inflytande på tankar om hur kunskap om världen växer. Till exempel var Albert Einstein en av dem som uppmanade Piaget att gå vidare med sin forskning om vad kunskap är och hur den uppstår (Sjøberg, 2000). Einsteins egen syn framgår av ett citat ur "The evolution of Physics" från 1938 (Sjøberg, 2000):

Fysikaliska begrepp är fria konstruktioner, skapade av människors intellekt.

Även om det kan se så ut, är de inte entydigt bestämda av den yttre verklighe- ten.

På samma sätt som Kant verkar Einstein se kunskapstillväxt som en kombination av erfarenheter och "förnuftets" arbete. För 1900-talets vetenskapsfilosofer blev det alltmer uppenbart att de empiristiska idé- erna hade stora brister. Det var inte självklart att det var möjligt att göra förutsättningslösa observationer. Karl Popper, Imre Lakatos (Chalmers, 1996; Cross, 2000) och Thomas Kuhn (Kuhn, 1962) bidrog på olika sätt att klargöra att observationer är teoriberoende (para- digmberoende eller forskningsprogramberoende).

1

Både diskussionerna inom naturvetenskapen och inom delar av peda- gogiken ledde till framväxten av konstruktivismen som ett sätt att betrakta vad kunskap är och hur den växer till både inom forskning och när människor lär i största allmänhet.

2.3 Jämförelse mellan konstruktivism och empirism

För att förklara skillnaderna mellan empiristiskt och konstruktivistiskt sätt att föreställa sig hur kunskap om världen uppstår kan man an- vända sig av olika jämförelser. En svårighet med jämförelser är att de nästan aldrig fångar hela skillnaden eller beskriver den helt rättvist.

Därför behövs flera olika beskrivningar för att få en någorlunda rättvis

bild. Här kommer en första.

Kunskap

Konstruktivism Empirism

Figur 1.1. Jämförelse mellan konstruktivistisk och empiristisk syn på lärande. Lärande enligt konstruktivistisk synsätt kan liknas vid att knyta ett nät, ett empiristisk vid att fylla på ett kärl.

Naturligtvis är jämförelsen orättvis och förenklad, men kan hjälpa till

att fokusera en skillnad. En konstruktivistisk tanke är att man inte kan

betrakta elever som tomma lådor färdiga att fylla kunskap i eftersom

man utgår från att eleverna har en rad föreställningar "med sig". Ut-

trycket att "ha med sig" begreppen ger dock en alltför statisk bild av

vad som menas med ett begrepp. Detta behandlas strax.

Tabell 1.1. Jämförelse mellan empiristisk och konstruktivistisk syn på lärande och kunnande (Children´s Learning in Science Pro- ject, 1987)

Empirist Konstruktivist

Lärarens roll Överför kunskap Tillhandahåller erfa- renheter som gör det möjligt för eleverna att konstruera mening Elevens roll Absorberar passivt in-

formation

Konstruerar aktivt me- ning

Intellektuellt tillstånd hos eleven

Tom eller omfattar lätt utbytbara idéer

Omfattar ofta starka idéer grundade på tidi- gare erfarenheter

Lärandet beror av

Den yttre inlärnings- miljön; lärare,

klassrum, böcker och experiment

Den yttre lärandemiljön och elevernas idéer och erfarenheter

Att lära är som att fylla tomma lå- dor

att justera eller ändra existerande idé- er/begrepp Att kunna in-

nebär

att komma ihåg att kunna relatera (och komma ihåg) och an- vända i nya situationer Kunskap är något som finns ”där

ute”, d.v.s. oberoende av den som kan

något som konstrueras av varje individ

Även tabellen lämnar en del frågor efter sig. För att göra skillnaderna tydliga mellan perspektiven blir det empiristiska synsättet väl naivt och det konstruktivistiska en aning "extremt". När det gäller det senare kan man nästan få intrycket att läraren i det närmaste lämnar eleverna åt sig själva att konstruera sin bild av "världen" och att lärandet ute- slutande är personligt. Man kan också få intrycket att begrepp och kunnande är något som kan utvecklas från ett tillstånd till ett annat.

Det är då man lärt sig något. Detta intryck kan bero på att man beskri-

ver lärandet som en justering eller förändring av existerande begrepp.

Piaget tänkte sig dock inte att begreppen och kunskaperna ¹ var statis- ka och något som man bar med sig från en situation till en annan.

Istället beskrevs kunnande och lärande som något mycket dynamiskt med begreppet tankestruktur som en av tre nyckelidéer (Andersson, 2000a). Det är när tankestrukturerna är aktiva som begreppen, minnen och andra mentala "fenomen" skapas. Dessa finns alltså inte statiskt lagrade i huvudet på oss, utan är föränderliga beroende av i vilken situation de kommer att användas. Det är strukturerna som konstrue- ras (förändras) och inte begreppen i sig när man lär sig något.

Förändringarna i strukturerna sker på grund av att människan strävar efter att vara i tankemässig jämvikt och om denna störs strävar hon efter att tänka om för att återställa balansen. Att hon överhuvudtaget hamnar i situationer där obalans i jämvikten kan uppstå tillskrivs bl.a.

människans nyfikna natur (Andersson, 1985).

Sammanfattningsvis är, för denna studie det viktigaste, draget i kon- struktivismen att allt vi upplever är kopplat till våra föreställningar och erfarenheter. Man kan inte uppfatta något helt neutralt. Sättet att uppfatta "styrs" av föreställningsvärlden. Detta öppnar dörrarna or- dentligt för elevperspektivet.

Piagets arbeten ledde till att elevperspektivet aktualiserades på två sätt. Det ena var på ett mer generellt plan med stadieteorin och det andra var att intresset ökade för elevernas föreställningar om olika fö- reteelser i omvärlden. Det senare ledde till att forskare inom naturvetenskaplig undervisning började ställa frågor om vilka upp- fattningar elever kan ha om ljus, elektricitet, evolution, materiens byggnad och många andra områden. Det naturvetenskapliga innehål- let tolkat genom eleverna blev ett viktigt forskningsområde och har varit så i snart 25 år. Det framstod allt tydligare att den kanske vikti- gaste faktorn för att undervisning skall kunna bli framgångsrik är att försöka ta reda på elevernas föreställningsvärld och undervisa utifrån denna (Ausubel, 1968).

2.3.1 Subjekt–objektrelation i konstruktivism och fenomenografi

Tidigare under den historiska genomgången av olika försök att lösa lä-

randets gåta kategoriserades i två grupper, de som menade att

försök att integrera de båda synsätten. Furth (1969) beskriver Piagets uppfattning om kunskap på följande sätt:

His (Piagets) biological notion of an organism in constant interaction with its milieu is a rather commonplace notion, one would think; but this view has for Piaget the special implication that development and evolution are seen as in- trinsic characteristics of the biological knowing process and not as events outside that process. On the level of the theory of knowledge, this notion corre- sponds with the thesis that knowledge is neither solely in the subject, nor in a supposedly independent object, but is constructed by the subject as an indisso- ciable subject-object relation (sidan 19).

Här poängteras att kunskap (eller kunnande) konstrueras av ett sub- jekt som en oupplöslig relation mellan subjektet och objektet. Lite senare i texten kan man läsa:

Most importantly, through interlocking mutual coordination’s of actions the child reaches the stage of the first basic invariant of all knowledge, that is, the formation of the object, of a thing "out there", independent in existence from his own action. At this point of development, we witness the beginning of a clear separation between the known thing, namely the object, and the knowing per- son. Knowledge, in the full sense of its human meaning, is found right between these two terms; for knowledge is about our way of expressing the mutual rela- tion of the knower to the known.

Här lyfts fram två saker. Den ena är att det lilla barnet börjar urskilja skillnaden mellan sig själv och föremål utanför sig själv. Detta ses som ett första steg att separera ut en invariant. Den andra är att mänskligt kunnande ses som en relation mellan subjekt och objekt.

2

Furth (1969) försökte också beskriva kunnandets "natur" i en figur,

men han gjorde det med viss tvekan, eftersom han menade att "opera-

tiv intelligens" på grund av sin dynamik inte låter sig representeras av

en statisk figur.

Known Thing (Concept)

Knowing Act

Internal Structures

Symbol

Person External

thing

Constructs is comprehended by knows

constructs

FIELD OF

REALITY FIELD OF

OPERATIVITY FIELD OF

REPRESENTATION

Figur 2.1. Schematisk beskrivning av kunnandets "natur"

I figuren kan man se att i "field of operativity" sker ingen uppdelning i

"yttre och inre".

Inom fenomenografin presenteras kunnande på ett liknande sätt.

Världen är inte en "subjektiv" konstruerad värld och inte heller en reell värld utanför människan. Istället konstitueras världen som en "intern relation" mellan den "yttre" och "inre" världen. Detta leder till att det bara finns en värld – en värld som vi upplever, en värld som vi lever i och som är vår (Marton & Booth, 1997).

2

Epistemologiskt verkar det inte skilja särskilt mycket mellan kon-

struktivism och fenomenografi, möjligen är skillnaden när det gäller

ontologi större. Den här presenterade konstruktivismen är tydlig med

att fastslå existensen av en värld oberoende av människor (se exem-

pelvis von Glaserfeldt, 1992). När det gäller fenomenografin är det lite

annorlunda. Världen är den erfarna världen, eller den av alla männi-

skor tillsammans erfarna världen. Med ett sådant antagande faller

frågorna om epistemologi och ontologi samman till en.

dem som tankekonstruktioner som kan provas mot naturen med olika experiment för att avgöra vilken validitet och förmåga att förklara och förutsäga händelser de har. I det senare fallet gör man inget anspråk på att modellerna beskriver världen som den är eller nästan är. Det intressanta i just detta sammanhang är att man gör en uppdelning mellan modellen och de fenomen den beskriver och förklarar. Det rå- der ingen tvekan om att det är människor som skapat modellerna och inte heller att det finns stora fördelar att se dem som just modeller och inte som avbildningar av verkligheten. En fråga som jag har svårt att finna ett riktigt bra svar på är hur modellerna skulle beskrivas inom fenomenografi. Med tanke på vilken roll resonemang om naturveten- skapliga modeller har i mitt avhandlingsarbete passar en konstruktivistisk syn bättre då den ”tillåter” uppdelning.

Tidigare (på sidan 5) nämndes att det även är intressant för studien med en diskussion om huruvida lärandet ses som erövrande av kun- skap eller som ”legitimt perifert deltagande” alternativt ”lärlingskap i tänkande” (Sfard, 1998). Sfard (1998) har gjort en jämförelse mellan det hon kallar för erövrande- och deltagandemetaforerna för lärande.

Tabell 2.1. Jämförelse mellan erövrande- och deltagande-metaforerna för lärande, kunnande och undervisning

Erövrandemetaforen Deltagandemetaforen Målet med lä-

randet

Individuell utveckling Att tillhöra en viss del av samhället

Lärande Erövrande av någonting Att bli en deltagare Student mottagare, konsument,

rekonstruktör

Perifer deltagare, lärling Lärare Leverantör, förmedlare,

inspiratör

Bevarande deltagande expert

Kunskap, be- grepp

Egenskap, egendom, vara Aspekt av praktik, akti- vitet

Att kunna Att ha kunnande, äga kunskap

Att tillhöra, delta, kom- municera

Jämförelsen sätter fokus på om lärande innebär att kunskap är objekt som erövras eller om man istället skall se kunskap som en aktivitet som utvecklas genom att bli en alltmer förtrogen deltagare i en social praktik med ett visst syfte.

Erövrandemetaforen innebär att kunskap är ett objekt som på ett eller

annat sätt skall erövras och därefter ägs av någon. Just detta är ett

problem som karaktäriseras av de svårigheter som tidigare benämnts med Menos Paradox. Å andra sidan medför en alltför kraftig betoning av deltagandemetaforen att det uppstår problem med att kunna för- klara hur människor kan överföra kunnande från en situation till en annan.

Det är emellertid svårt att få Furths beskrivning av Piagets teori om kunskap ovan (sidan 14) att passa in i någon av metaforerna. I den är begrepp och kunnande något som uppstår i den situation och i det ögonblick de används och är inte något entydigt fast och fixt som en person bär med sig genom livet. Däremot kan man säga att de struktu- rer som utvecklas hos individer gör att tänkandet har en tendens att ta en viss riktning som kan vara gemensam för en mängd olika situatio- ner.

I boken ”Educational Psychology: A Cognitive View” (Ausubel, 1968) finns ett kapitel som handlar om begrepp och begreppsbildning. I detta kan man läsa:

The concept meanings represented in a given language, therefore, may be thought of as both a product or reflection of culture and as a patterning or lim- iting factor in the cognitive development of the individual carriers of the culture. It reflects the idiosyncratic kinds of, and approaches to, categorization, as well as the characteristic attitudes, values, and ways of thinking, that prevail in a given culture. Once constituted, then, the structure of a language, and the conceptual and syntactic categories it contains, definitely influence, in turn, the perceptual and cognitive processes of the developing individual. He learns to perceive, think, and acquire new meanings selectively in terms of the classifi- catory schemes available to him in his mother tongue; if the latter fails to recognize certain conceptual distinctions, he is greatly handicapped in making them himself. Thus, characteristic patterns of thought in a particular cultural af- fect the nature of the language that evolves; and the language reciprocally patterns and limits perceptual and cognitive experience and the types of think- ing in which individual members of the culture engage (sidan 508)

Den individuella utvecklingen kopplas i citatet intimt ihop med kultur och språk. Dessa två sidor presenteras som två olika, men oskiljaktig- liga aspekter av samma sak, nämligen lärandet.

Understundom kan man urskilja en kamp mellan olika sätt att beskri-

(eller materia) bäst som vågrörelse och ibland bäst som partiklar. Kan- ske är det samma sak med olika perspektiv på lärande och kunnande;

de kan betraktas som komplementära och båda nödvändiga istället för konkurrerande och uteslutande (Emanuelsson, 2000; Sfard, 1996, 1998).

I vilket fall som helst är konsekvensen av diskussionen om erövrande- och deltagandemetaforen för den här studien att betrakta lärandet som något som sker individuellt men är socialt medierat (Andersson, 2000a) och att aspekter från båda metaforerna finns med. En viktig faktor vid utvecklandet av förslaget till undervisningssekvensen har varit att föreslå situationer med socialt ”förhandlande” om olika bety- delser och sätt att tänka angående innehållet i undervisningen.

2.3.2 Rekommendationer för undervisning

Konstruktivismen är ingen teori för undervisning. Däremot kan den inspirera till att fundera över hur undervisning bör gå till. Det har åt- skilliga personer gjort och här följer en sammanställning av en del av dessas strävanden.

2.3.2.1 En modell för begreppsförändring

När det gäller naturvetenskaplig undervisning är ett nytt sätt att förstå ett fenomen på måhända ett mål. Det är därför intressant att fundera över vilka förutsättningar som måste vara uppfyllda för att detta skall kunna ske. Posner, Strike, Hewson, & Gertzog (1982) anger följande faktorer som viktiga för att en kvalitativ förändring i förståelse skall kunna uppstå:

· Man måste vara missnöjd med nuvarande begrepp

· Alternativet måste vara begripligt

· Alternativet måste också vara användbart

· Ett nytt begrepp skall också omfatta möjligheten till att utvidgas och öppna nya områden för undersökning.

För att den kvalitativa förändringen skall ha större möjlighet att ske i en viss riktning kan följande vara av betydelse.

Anomalier

Karaktären på de misslyckanden en idé leder till är en viktig faktor i valet av efterträdare.

Analogier och metaforer

Analogier och metaforer kan stödja nya idéer och göra dessa begripli-

ga.

Ideal om vad som är kunskap

a. De flesta områden har några ämnesrelaterade ideal om vad som be- traktas som goda förklaringar.

b. Generella ideal för kunskap som är gemensam för alla discipliner såsom elegans, enkelhet, och att inte vara belastade med ad hoc- förklaringar.

Metafysisk tro och begrepp

a. Metafysisk tro om naturvetenskap: Uppfattningar om att symmetri, ordning eller icke slumpmässighet i naturen ofta är viktiga inom na- turvetenskapligt arbete kan leda till att vissa förklaringsmodeller förkastas eller accepteras. Föreställningar om relationen mellan erfa- renheter i vardagen och naturvetenskap är också en viktig faktor.

b. Metafysiska begrepp om naturvetenskap: En del av de naturveten- skapliga begreppen har en metafysisk karaktär i det avseendet att det inte går att vare sig finna bevis för eller emot dem. Exempel på sådana kan vara tron på absolut tid eller rymd.

Annan kunskap

Kunskap inom andra områden eller konkurrerande begrepp har bety- delse; En grundval för valet av ett nytt begrepp är att det är mer lovande än sina konkurrenter.

Författarna (Posner m.fl., 1982) kom fram till att anomalier och stu- denternas grundläggande uppfattningar om naturvetenskap och om kunskap är de två viktigaste faktorerna när det gäller möjligheterna till begreppslig förändring. Om studenterna tar anomalierna på allvar kan det leda till att de blir alltmer missnöjda med sina begrepp och då blir det allt troligare att de är beredda att skapa nya.

Grundläggande uppfattningar om vad naturvetenskap är och vad som karaktäriserar kunskap inom området formar den bakgrund mot vil- ken överväganden om den nya kunskapens relevans och trovärdighet görs. Om studenterna inte har en medvetenhet om detta kommer de att vara tvungna att acceptera nya teorier och begrepp utan rationell grund och mer för att läraren säger så eller att det står i boken.

Vidare föreslår man, bland andra, följande strategier för undervisning:

identifiera försvarsreaktioner hos studenterna som kan leda till att studenterna undviker ackommodation.

• Presentera innehållet på flera sätt (ex. muntligt, matematiskt, prak- tiskt-konkret, bilder) och hjälpa studenter att översätta mellan de olika representationssätten.

Avslutningsvis tar de upp lärarens roll när det gäller att förmedla det som kan kallas för ”nature of science”. De menar att det är viktigt att visa på kraven på konsistens mellan teori och empiri, att vara på jakt efter sparsamhet när det gäller vad man tror på och att vara skeptisk till ad-hoc-satser i teorier samt att kritiskt värdera huruvida avvikelser mellan resultat kan vara ”rimligt överensstämmande” med teorin.

2.3.2.2 Fler konstruktivistiskt inspirerade undervisningsstrategier Följande framställning bygger i huvudsak på en forskningsöversikt (Scott, Asoko, & Driver, 1992) om undervisningsstrategier. I denna fö- reslår författarna tre hierarkiskt ordnade områden där det krävs pedagogiska överväganden. Det första handlar om att läraren måste se till att odla en god lärandemiljö. En sådan ger till exempel tillfälle till diskussioner och möjligheter att överväga andra ståndpunkter och ar- gument. Det andra området handlar om att välja undervisningsstrategier. Dessa ses som övergripande guider för se- kvensering av undervisningen inom det speciella innehållsområdet.

Det tredje området berör val av uppgifter avsedda för lärandet.

Författarna föreslår fyra faktorer som bör övervägas för att avgöra lämplig undervisningsstrategi.

• Elevernas/studenternas förföreställningar och attityder: För en mängd olika naturvetenskapliga områden är numera ele- vers/studenters förföreställningar väl undersökta och dokumenterade. Nu behöver denna kunskap komma till an- vändning för utveckling av undervisning.

• Egenskaperna hos det tänkta resultatet av lärandet: traditionellt sett har logiska analyser utgjort huvudsakligt fokus vid plane- ring av undervisning.

• En analys av intellektuella krav på eleverna/studenterna för att

utveckla eller ändra det begreppsliga kunnandet: denna analys

fokuserar på egenskaper hos den intellektuella resa som krävs av

eleven/studenten för att utvecklas från existerande föreställ-

ningar till det tänkta resultatet av lärandet.

• Övervägande av tänkbara undervisningsstrategier för att hjälpa elever/studenter ta steget från nuvarande föreställningar till de naturvetenskapliga.

Resten av översiktsartikeln handlar om olika undervisningsstrategier.

Gemensamt för alla är att de som ett inledande steg på något sätt lock- ar fram elevernas/studenternas föreställningar om innehållet.

Undervisningsstrategierna skiljer sig åt på andra sätt och har därför delats in i två huvudgrupper och flera undergrupper: En av huvud- grupperna innehåller de undervisningsstrategier som utgår från kognitiva konflikter och lösning av dessa. Exemplen från den andra gruppen tar sin utgångspunkt i att försöka bygga vidare på elevernas existerande föreställningar, exempelvis genom analogier och metafo- rer, till en ny kunskapsdomän. Strategierna ur denna grupp går ut på att skapa situationer som kan utgöra länkar ("scaffolding") till nya sätt att tänka.

I gruppen som fokuserar kognitiva konflikter har författarna identifie- rat två understrategier. Den ena tar sin utgångspunkt i att utsätta eleverna/studenterna för situationer där deras egna idéer skall möta händelser som skall leda till insikt om att det råder en konflikt mellan den egna föreställningsvärlden och det man upplever, för att därifrån kunna gå vidare och bygga vetenskapliga föreställningar.

Strategier i den andra undergruppen lyfter fram konflikter mellan oli- ka sätt att se på "samma händelse" och att man ibland tänker på det ena sättet och ibland på det andra. En strategi kan då gå ut på att syn- liggöra olika sätt att föreställa sig ett begrepp och kontrastera dem mot varandra för att se konflikterna mellan dem och utveckla någon av dem vidare.

En strategi i denna grupp kan se ut så här:

• Planeringsfas: läraren måste förstå den naturvetenskapliga före- ställningen, elevernas/studenternas föreställningar och sin egen.

Denna fas betonas som särskilt viktig.

• Fokuseringsfas: ge tillfälle för eleverna/studenterna att under-

söka sammanhanget/n för de aktuella begreppen, helst i en

En viktig erfarenhet som författarna gjort är att eleverna inte tar emot den vetenskapliga modellen med särskilt stor entusiasm förrän den kunde bedömas som "intelligible" och "plausible" (begriplig och rim- lig), genom experiment, demonstrationer och/eller analogier.

Undervisningsstrategierna i den andra huvudgruppen utgår alltså, i motsats till dem i förra huvudgruppen, från att ta vara på elever- nas/studenternas existerande idéer och utveckla dem mot den vetenskapliga ståndpunkten. En del av dessa strategier tar sin ut- gångspunkt i analogier för att försöka utnyttja den intuitiva kunskap som är utvecklingsbar och undvika den som har lägre utvecklingspo- tential. Strategierna utgår från att ”conceptual change” kan uppstå genom att studenterna/eleverna får tillfälle att bygga upp kvalitativt- intuitivt kunnande innan de försöker behärska kvantitativa principer.

För att göra detta utnyttjas analoga situationer, vilka elever- na/studenterna intuitivt förstår på ett sätt som liknar det vetenskapliga sättet. Ett exempel kan vara problemet med kraft och motkraft. Ett vanligt sätt att resonera är att exempelvis ett bord inte utövar någon uppåtriktad kraft på en bok som ligger på bordet. En analog situation kan då vara en person som håller en bok i handen och då är det för många intuitivt lättare att föreställa sig den uppåtriktade kraften. Denna analogi utnyttjas då för att föra resonemanget vidare genom att låta studenterna göra jämförelser mellan de två exemplen i avsikt att etablera relationerna i analogin. Om studenten inte accepte- rar analogin försöker läraren finna en överbryggande analogi som begreppsligt ligger mellan de två ursprungliga exemplen.

En annan variant inom denna grupp tar sin utgångspunkt i att var- dagsföreställningar och vetenskapliga föreställningar kan samexistera och att eleverna/studenterna utvecklar ett vetenskapligt kunnande genom att lära sig skillnaderna mellan vardagstänkande och veten- skapligt tänkande.

Författarna (Scott m.fl., 1992) jämför olika undervisningssekvenser med avseende på fyra olika aspekter.

Elevernas/studenternas föreställningar och idéer.

Gemensamt för alla de undersökta undervisningsstrategierna är att elevernas/studenternas existerande idéer och föreställningar lyfts fram i ljuset och används som ett innehåll i undervisningen. Detta görs på några olika sätt:

– genom explicit utforskning av förekommande idéer i klassen.

– som bakgrund när man väljer utgångspunkter för undervisningen – som bakgrund vid utformandet av undervisningspla-

nen/kursplanen.

Ett exempel på den sistnämnda punkten är en undervisningssekvens som istället för att utgå från begreppet kraft i mekanikundervisningen tar fasta på elevernas/studenternas intuitiva idéer om föremål i rörel- se. Dessa idéer innebär att det finns något som håller föremål igång.

Detta ”något” ges namnet rörelsemängd och blir därigenom möjligt att bygga vidare på för att komma åt andra begrepp som exempelvis kraft.

Konfliktens egenskaper och roll

En konfliktstrategi för undervisning är beroende av att den som lär har möjlighet att och är villig att identifiera och lösa konflikten. Även de undervisningsstrategier som inte tar sin utgångspunkt i kognitiva kon- flikter har ett element av potentiella konflikter. Dessa är mellan den accepterade vetenskapliga teorin och de idéer elever/studenter an- tingen har med sig till undervisningssituationen eller konstruerar som en konsekvens av den. Det är dock inte säkert att de studerande är medvetna om existensen av eller relevansen hos konflikten även om läraren ser den. Även om konflikten är meningsskapande kan man inte med säkerhet veta att den leder till det önskade skapandet av kunskap.

Författarna identifierade fyra olika ställningstaganden när det gäller detta i de studerade undervisningsstrategierna.

• Konflikten måste identifieras av den studerande tidigt i undervis- ningen

• Ett ”alternativt sätt att se” introduceras och konflikterna lyfts fram senare

• Konflikter kan uppstå eller förekomma men ses inte som något viktigt i förhållande till lärande

• Medvetet försöka undvika konflikter för de som lär De vetenskapliga begreppens tillblivelse

Om de vetenskapliga begreppen skall kunna utgöra ett alternativ till

de vardagliga måste de upplevas som begripliga. I de undervisnings-

att det är frågan om ”sätt att se” eller ”sätt att förstå” som utvecklats i en mänsklig kultur, och att dessa behöver ”överföras” genom den na- turvetenskapliga kulturen snarare än ”upptäckas” genom personliga sinneserfarenheter. De naturvetenskapliga begreppen och teorierna görs tillgängliga för eleverna/studenterna och deras meningar ”för- handlas” med dem.

Utvärdering och användning av de naturvetenskapliga begreppen Det räcker inte med att de som lär lyckas konstruera och förstå en ve- tenskaplig idé. Ytterligare en aspekt är vilken status det vetenskapliga synsättet får för eleverna/studenterna. Det är fullt möjligt att de för- står men inte ser den vetenskapliga föreställningen som en bra representation av hur verkligheten är beskaffad. De kanske gör en ut- värdering i förhållande till ”nyttan” de kan ha av det vetenskapliga synsättet, eller hur fruktbart det är (Hewson, 1981), och då kan det vara viktigt att hjälpa dem att uppskatta tillämpligheten av ”särskilda sätt att se på världen” i olika utvalda kontexter. Ytterligare ett utvär- deringsmått kan vara frågan om hur generellt det nya ”sättet att se på världen” är.

Shapiro (1994) påpekar vikten av elevernas aktiva deltagande i läran- det genom att kraftigt betona den känslomässiga sidan av lärandet, betydelsen av att vara personligt engagerad och att själv aktivt kon- struera mening i kunskaperna. Hon kommer med förslag på projektarbeten och andra arbetsformer som tydligt fokuserar innehål- let i lärandet snarare än synliga produkter som resultat av arbetet.

2.4 Undervisningssekvenser som forskningsområde

Undervisningssekvenser är ett nygammalt område. På 1960-talet dök programmerad undervisning upp som en följd av Fredrik Skinners (1904-90) (Husén, 2000) inlärningspsykologiska arbeten (Nationalencyklopedin, 2000c; Ågren, 1999). I korthet gick denna ut på att dela upp det material som eleverna skulle lära sig i små genom- tänkta delar och presentera dessa i sekvens med ökande svårighetsgrad. På detta sätt kunde eleverna jobba i sin egen takt och undervisningen blev individualiserad. För att få eleverna att lära sig det avsedda och bli motiverade användes något som kallades för ope- rant eller instrumentell betingning, vilket går ut på att önskade beteenden belönas och icke önskade beteenden ”bestraffas” (Husén, 2000; Marton & Booth, 1997; Säljö, 2000b).

Undervisningsmetoderna från denna tid har numera i stort sett över-

getts, utom möjligen i samband med vissa ”lek och lär- program” till

datorer där de under 1990-talet fick nytt liv (Nationalencyklopedin,

2000c). Idag bygger de flesta undervisningsstrategier istället på någon

tradition med elevernas förståelse som utgångspunkt (se tidigare ka- pitel).

Denna tradition har lett till framtagandet av modeller för systematisk utveckling eller utvärdering av undervisning (Andersson, 2000c; An- dersson & Bach, 1995; Duit, 2000; Leach & Scott, 2000). I dessa är analyser av elevgruppens föreställningsvärld (före undervisning) och av det naturvetenskapliga innehållet gemensamma utgångspunkter. I mitt avhandlingsarbete har följande modell använts:

1. Analys av det naturvetenskapliga innehållet inklusive historisk utveckling.

2. Analys av forskningsresultat angående elevers föreställningar inom det aktuella området.

3 Karaktäristik av elevers föreställningar i förhållande till naturve- tenskapens [the learning demand (Leach & Scott, 2000)]

4 Analys av andra undervisningsförsök 5. Studium av läroplanen

6. Genomgång av skäl för undervisning om det aktuella området i grundskolan

7. Formulering av mål för området

8. Konstruktion/val av uppgifter som prövar om olika mål är upp- nådda eller ej.

9. Konstruktion av undervisningssekvens där ovanstående punkter vägs in, men också lärarerfarenheter och ämneskunskaper.

10. Studium av undervisningen med avseende dels på långsiktig be- hållning, dels hur lärarna upplever att arbeta med undervisningssekvensen

11. Revision och vidareutveckling av undervisningssekvensen

De olika komponenterna hänger ihop och det är svårt (och är inte hel- ler meningen) att tänka på en utan att ta med några av de andra samtidigt. Den följande framställningen bygger i stort på denna mo- dell men ordningen är inte strikt densamma. Ytterligare diskussion om modellen följer i metodkapitlet.

2.4.1 Problem med undervisningssekvenser som forskningsom-

• Om sådana jämförelser görs är det svårt att finna ett instrument som inte favoriserar experimentundervisningens uppläggning.

• Det är svårt att konstanthålla viktiga variabler som exempelvis undervisningstid, kostnader och lärarnas attityd till och förståel- se av olika undervisningsstrategier

• En undervisningssekvens kan inte bedömas vara bättre än någon annan utan kommentarer om lärarnas roll när det gäller att på- verka elevernas motivation och hur lärarna engagerar eleverna genom samtal.

Ytterligare behandling av dessa frågor följer i metoddelen senare.

Det finns också ett problem med ordet undervisningssekvens då det kan locka till att tänka på ”programmerad undervisning” lik den som presenterades i förra avsnittet. Därför kommer ofta termen ”förslaget till förändrad undervisning” fortsättningsvis att användas istället för

”undervisningssekvens”.

3 Idéhistorisk utveckling av geometrisk optik

I genomgången ovan framhölls elevernas/studenternas föreställningar som en mycket viktig faktor när det gäller planering av undervisning.

Den historiska utvecklingen inom ett område kan ge värdefull infor- mation om olika möjliga sätt att förstå ett kunskapsområde. Den följande framställningen lyfter fram några intressanta idéer om seende samt ljusets utbredning och egenskaper ² i förhållande till elevernas lärande.

3.1 Seende – tre modeller från antiken

Under det femte och fjärde århundradet före Kristus fördes, inom den Grekiska kulturen, en intensiv diskussion om hur det går till när vi ser ett föremål. I huvudsak tre modeller fördes fram. Empedokles (500-430 f Kr) förklarade seendet med två flöden av motsatt riktning. Ett från ögat mot föremålet och ett från föremålet mot ögat.

Atomisterna föreslog en annan lösning. De propagerade för ett flöde enbart utifrån och in. Leukippos ansåg att ett slags bilder, kallade ei- dola, lösgjorde sig från föremålets yta och förde egenskaper såsom form och färg till själen.

En tredje ansats för att förklara länken mellan föremålet och ögat fö-

reträddes av pythagoréerna, vilka tänkte sig att seendet kunde

förklaras uteslutande av en osynlig eld, som ögat sände ut och som

avslöjade föremåls färg och form. Det är alltså primärt fråga om ett

flöde inifrån och ut.